Kan en MakerBit minde dig om at kontrollere vandet under dit juletræ ?: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Et friskskåret træ er en traditionel feriedekoration i mange hjem. Det er vigtigt at holde det forsynet med ferskvand. Ville det ikke være rart at have et ornament, der kunne hjælpe dig med at minde dig om at kontrollere vandet under dit træ?

Dette projekt er en del af en serie, der viser, hvordan computermæssigt aktiverede enheder fungerer i vores daglige liv. Den bruger en MakerBit til at demonstrere, hvordan en simpel vandstandsdetektor kan indikere et lavt vandstand med lys i et træformet ornament. De trin, vi fulgte, er vist nedenfor.

Forsigtig: Dette er kun en demonstration af et koncept. Samlingen vist her er ikke designet eller beregnet til at forhindre et rigtigt træ i at tørre. Inden du beslutter dig for, om du vil bruge en vandstandssensor med et ægte træ, skal du læse sikkerhedsmeddelelsen nedenfor i trin 6.

Trin 1: Saml komponenterne

• Roger Wagners MakerBit+R
• micro: bit controller (Den faktiske controller er inkluderet i MakerBit+R startsættet. Tilbehøret af plastik, der vises på micro: bit sælges separat. Dette link viser f.eks. en, der sælges på Amazon.)
• Båndkabel (inkluderet)
• 9 volt batteristik (medfølger)
• 9v batteri (inkluderet, men også let tilgængeligt)
• Vandsensor (vores kom i Elegoo 37-Sensors-sættet. Fås separat online.)
• 3 jumperwires med hunkontakter i begge ender. (inkluderet)
• Nogle lysdioder (inkluderet; vist på andre fotos herunder)

Trin 2: Tilslut alt

A. MakerBit -forbindelser

Skub micro: bit ind i MakerBit. Du skal bruge det medfølgende USB -kabel til at oprette forbindelse til din computer til programmeringsformål. Når du har programmeret det, kan du køre enheden bare med et 9-volts batteri.

Sæt det blandede LED-båndkabel i den sorte stikhoved til LED 11-16. Sæt stikket med 3 stik på tre jumper-ledninger på de sorte, røde og hvide stolper på stiftoverskriften på rækken mærket A0. Sort er for GND (jord), rød for +5v og hvid for "signal", som vil være Analog pin 0).

Det er ikke tid til at tilslutte batteriet endnu, men det andet foto viser, hvor det vil gå.

B. Tilslut fugtføleren

De andre ender af ledningerne skal gå ind på sensorens tre ben på en bestemt måde, som vist på det tredje foto. Tilslut stiften mærket “S” til den hvide stolpe på MakerBit. Tilslut "+" pin til den røde stolpe. Tilslut slutningen " -" til den sorte stolpe. Vi brugte ledninger i samme farve som stolperne, for at hjælpe med at holde orden.

C. Sæt lysdioderne i båndkablet

Vi bruger 4 lys: en rød, en gul, to grøn. Bemærk, at hver LED har to ben. Den ene pin er kortere end den anden. Vær opmærksom på den korte pin. Det går ind i stikket på den side, der har den lille trekant.

Koden i dette projekt bruger fire stik i midten af kablet, dem til ben 11, 12, 13 og 14. Undersøg etiketterne ved den sorte stikkontakt på MakerBit for at se, hvilke stifter der passer til hvert stiftnummer. Undersøg derefter kablet for at se, hvordan ledningerne forholder sig til stifterne. Tip: Det sort-hvide par forbinder til pin 12. Billederne viser, hvilke ledninger der skal bruges.

Det femte foto viser alt tilsluttet og klar til at gå.

Trin 3: Forstå planen

Vandsensoren i dette projekt har en bane af elektriske kontakter, der alle holdes bare lidt adskilt fra hinanden. Når det er tørt, er det som en åben kontakt. Når det er vådt, leder vandet elektricitet mellem kontakterne. Jo dybere det bliver, jo flere kontakter bliver våde og i stand til at lede elektricitet. På denne måde kan sensoren angive vandstanden som en modstand mod strømmen af elektricitet, der stiger eller falder, når dybden ændres. Der er nogle enkle ekstra kredsløb på sensoren, der forstærker detektorens følsomhed over for fugt og rapporterer mængden af fugt til den analoge pin på micro: bit (gennem MakerBit) som et tal.

Nul betyder, at sensoren er tør, det vil sige har den største modstand. Et tal større end nul betyder, at sensoren registrerer vand. Jo dybere vandet er, jo større er antallet. Vi tænder lys, når antallet stiger, og slukker dem, når antallet falder.

Vores test viste, at sensoraflæsningen stiger og falder som forventet som reaktion på ændringer i vandstanden. Det bliver mere følsomt, når vandet falder lavt og angiver meget tydeligt, hvornår det er tørt. Det giver tilstrækkelig information til at danne en generel idé om vandforholdene. Vi ville ikke stole på, at denne sensor måler et dybt vandniveau præcist. Heldigvis behøver vi ikke at kende den nøjagtige dybde til vores formål.

En enkel skærm med fire lysdioder kan fortælle os, hvornår træet måske har brug for mere vand. Vores har en rød LED i bunden, derefter en gul, toppet med to grønne. Planen er at tænde og slukke disse lys, når vandstanden under træet går op og ned. Grønt angiver, at der er vand. Gul antyder lavt vand. Rød betyder tør.

Trin 4: Byg skærmen

Denne del overlades til din fantasi. Vi vil vise, hvad vi gjorde. Du kan bruge et gammelt lykønskningskort eller næsten alt.

Skær et lille træ ud og stikk huller for at holde de fire lysdioder. Skub lysdioden igennem bagfra ornamentet, men ikke helt igennem, lige op til læben på bunden af LED'en. Hold lysdioderne på plads med en smule tape på bagsiden. Se dette link for nyttige oplysninger om, hvordan du installerer LED'er.

Trin 5: Koden

MakeCode online blok-stil editor fungerer meget godt til dette projekt. Billedet viser et skærmbillede af koden.

Du kan åbne editoren i et browservindue med koden allerede indlæst klar til redigering ved hjælp af dette link: https://makecode.microbit.org/#pub:_H5h9T7KasE46. Hvad gør koden?

I Start-sektionen fortæller den micro: bit om ikke at bruge det indbyggede LED-display. Denne instruktion frigør de digitale stifter, så vi kan bruge dem i vores projekt. Derefter tænder den røde LED (pin 11), mens de tre andre LED'er slukkes.

I Forever -sektionen læser den den numeriske værdi, der kommer fra sensoren på pin 0. Derefter sammenligner en række "If … Then" -blokke denne værdi med (noget vilkårlige) konstanter, vi har bestemt eksperimentelt ved at dyppe sensoren i og ud af vand. Eksperimenter gerne videre med forskellige værdier for disse konstanter.

Når sensorværdien bliver større, tænder programmet flere af lysdioderne. Når værdien bliver mindre, slukker den dem.

Det er god kodningspraksis at inkludere en pause -blok i en evig loop. Pausen giver micro: bit mulighed for at arbejde med andre ting i kort tid. Denne kode holder pause i 1.000 millisekunder, svarende til et sekund, hvilket betyder, at vi kontrollerer vandstanden 60 gange i minuttet.

Brug MakeCode -editoren til at kompilere koden, og upload den derefter til MakerBit. Dette link forbinder til den officielle guide til, hvordan du gør det.

Trin 6: Tjek det ud !

Tilslut batteriet til MakerBit, og sæt sensoren i noget vand. Vær forsigtig med kun at sætte enden med metalstrimlerne i vandet. Hold de elektroniske komponenter tørre i den ende, hvor ledningerne forbindes.

LÆS DENNE SIKKERHEDSBEMÆRKNING: Et tørt træ er en brandfare. Det kan tage ild og brænde dit hus ned. Du bør ikke udelukkende stole på en vandstandssensor for at afgøre, hvornår dit træ har brug for vand. Samlingen beskrevet i denne artikel er kun til illustrative formål, der har til formål at vise, hvordan vandstandssensorer kan fungere i daglig brug. Enheder som denne kan dog ikke beskytte et træ mod at gå tørt. Du bliver stadig nødt til at kontrollere dit træ visuelt og opretholde et sikkert udkig hele tiden for at sikre, at dit træ har det vand, det har brug for.

Placer sensoren i reservoiret under dit træ, og indstil displayet, hvor du kan se det. Når du regelmæssigt kontrollerer dit træ, skal du lægge mærke til, hvordan lysdioderne ændres, når vandstanden ændres. Oplysningerne kan hjælpe dig med at lære, hvordan sensorer fungerer, og kan være med til at minde dig om at kontrollere vandet under dit træ.

Trin 7: For undervisere: STEAM -udfordringer og foreslåede standarder

DAMPUDFORDRINGER

Maker -udfordring: forlæng ledningerne til displayet, så du faktisk kan hænge det højere op i et rigtigt træ.

Værktøjsudfordring: Lær din MakerBit at kende! Du kan slutte lysdioder til enhver af MakeBits digitale ben ved hjælp af stikkene og kablet, der er fastgjort til MakerBits sorte boks -stik. Dette eksempel brugte tallene 11 til 14. Kan du ændre opsætningen og kodningen til at bruge forskellige ben, f.eks. Tal 5 til 8?

Videnskabsudfordring: Undersøg sensorens adfærd. Gør følgende eksperimenter.

1. Tør sensoren grundigt, og sæt den derefter i vand i målte trin, f.eks. En millimeter ad gangen. Registrer den dybde, hvormed hvert lys tændes.
2. Tør sensoren grundigt igen. Dyk det derefter i vand op til nær toppen af metalstriberne. Træk det tilbage i målte trin, f.eks. En millimeter ad gangen. Registrer den dybde, hvormed hvert lys slukker.
3. Vurder de data, du har indsamlet. Reagerer lysene på det samme vandstand i begge retninger? Hvis tallene ikke stemmer overens, skal du lave en liste over mulige forklaringer på den adfærd, du observerer.

Matematikudfordring: Beregn antallet af millisekunder, du skulle sætte i pauseblokken for at kontrollere vandet bare en gang i minuttet eller en gang i timen.

Teknisk udfordring: Tænk på forskellige måder, denne enhed kan bruges på. Ville en forskel i målingerne som følge af nedsænkningsretningen have betydning for den faktiske anvendelse af denne enhed? Hvorfor eller hvorfor ikke?

Teknisk udfordring: Det runde stik på MakerBit giver dig mulighed for at tilslutte en jævnstrømskilde på alt fra seks til tolv volt. Det lille ni-volt batteri holder måske ikke længe. Hvilken anden strømkilde kan du tilslutte for at holde vandføleren i gang kontinuerligt?

Kodningsudfordring: hvordan ville du ændre koden, så kun en LED lyser: grøn, gul eller rød afhængig af vandstanden? Hvordan ændres visningsadfærden, hvis du ændrer konstanterne i koden?

Kunstudfordring: dekorér displaypyntet, eller design noget andet, der ser helt anderledes ud! Testen af et godt displaydesign er, at det gør oplysningerne indlysende.

STANDARDER

NGSS (Next Generation Science Standards)

4-PS3-4. Anvend videnskabelige ideer til at designe, teste og forfine en enhed, der konverterer energi fra en form til en anden.

ISTE

4a Elever kender og bruger en bevidst designproces til at generere ideer, teste teorier, skabe innovative artefakter eller løse autentiske problemer.

5b Elever indsamler data eller identificerer relevante datasæt, bruger digitale værktøjer til at analysere dem og repræsenterer data på forskellige måder for at lette problemløsning og beslutningstagning.